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技術 作業車両のステアリングシステム

出願人 日立建機株式会社
発明者 中村和則中村剛志石川広二東宏行糸賀健太郎
出願日 2007年12月7日 (13年0ヶ月経過) 出願番号 2008-550099
公開日 2010年4月8日 (10年8ヶ月経過) 公開番号 WO2008-075568
状態 特許登録済
技術分野 走行状態に応じる操向制御 パワーステアリング機構 パワーステアリング装置
主要キーワード メータリングバルブ 初期目標値 圧力換算 コントロールバルブ装置 作業用油圧回路 回転操作角 ジロータ ステアリング切り
関連する未来課題
重要な関連分野

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課題・解決手段

油圧ポンプ2とステアリングバルブ4との間に、ステアリングバルブ4のメータイン油路前後差圧目標値に保持するよう制御することで、油圧ポンプ2から吐出される圧油ステアリングシリンダ103a,103bに優先的に供給するプライオリティバルブ7が配置されている。ステアリングシリンダ103a,103bの負荷圧力を検出する圧力センサ31を設け、コントローラ32、電磁弁33、パイロット油路29、プライオリティバルブ7の受圧部24cからなる制御手段により、その圧力検出手段により検出した負荷圧力に基づいてプライオリティバルブ7に設定される目標値を補正する。これによりステアリング切り始めのショックを抑えることができる。

概要

背景

ホイールローダ等の作業車両ステアリングシステムは、油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動されるステアリングシリンダと、油圧ポンプからステアリングシリンダに供給される圧油の方向と流量を制御するステアリングバルブとを備え、ステアリングホイールハンドル)の回転方向と回転量に応じてステアリングバルブを切り換え、ステアリングシリンダを駆動制御している。この場合、ステアリングホイール(ハンドル)の回転方向と回転量に応じたステアリングバルブの切り換えは、オービットロール商品名)と呼ばれる油圧ステアリングユニットを用いて行っている。ここで、その油圧ステアリングユニットは、ステアリングホイールの回転操作連動して動作する油圧バルブ油圧モータを有し、その回転量と回転方向に応じた流量の油圧を発生する構成となっている。

このような作業車両のステアリングシステムにおいては、通常、油圧ステアリングユニットをメイン回路に配置し、ステアリングホイールによりステアリングバルブを操作し、ステアリングシリンダを駆動制御している。この場合、油圧ステアリングユニットの油圧バルブがステアリングバルブとして配置され、油圧バルブユニットで発生した油圧が直接ステアリングシリンダに導かれる。

このような通常の作業車両のステアリングシステムに対し、油圧ステアリングユニットをステアリングバルブの操作系として用い、ステアリングホイールの回転操作を軽く(小さな力で)行えるようにしたものが知られている(例えば特許文献1)。

一方、ステアリングバルブの操作系を、コントローラ電磁弁を含む電気油圧的ステアリングユニットにより構成し、ステアリングバルブの切り換えを電気・油圧的に行うものも知られている(例えば特許文献2)。このものでは、ステアリングホイールの回転操作角操舵角)をポテンショメータで検出し、この検出値をコントローラに入力する。コントローラは、その検出値に応じた指令信号電気信号)を電磁弁に出力し、電磁弁はその指令信号に応じた制御圧力を出力する。この制御圧力はステアリングバルブの油圧切換部(受圧部)に導かれ、ステアリングバルブを切り換える。

実開平1−154974号公報
特開平10−45014号公報

概要

油圧ポンプ2とステアリングバルブ4との間に、ステアリングバルブ4のメータイン油路前後差圧目標値に保持するよう制御することで、油圧ポンプ2から吐出される圧油をステアリングシリンダ103a,103bに優先的に供給するプライオリティバルブ7が配置されている。ステアリングシリンダ103a,103bの負荷圧力を検出する圧力センサ31を設け、コントローラ32、電磁弁33、パイロット油路29、プライオリティバルブ7の受圧部24cからなる制御手段により、その圧力検出手段により検出した負荷圧力に基づいてプライオリティバルブ7に設定される目標値を補正する。これによりステアリング切り始めのショックを抑えることができる。

目的

本発明の目的は、ステアリング切り始めのショックを抑えることができる作業車両のステアリングシステムを提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

油圧ポンプ(2)と、この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動されるステアリングシリンダ(103a,103b)と、前記油圧ポンプから前記ステアリングシリンダに供給される圧油の方向と流量を制御するステアリングバルブ(4)と、オペレータにより回転操作されるステアリングホイール(109)とを備え、前記ステアリングホイール(109)の回転方向と回転量に応じて前記ステアリングバルブ(4)を切り換え、前記ステアリングシリンダ(103a,103b)を駆動制御する作業車両ステアリングシステムにおいて、前記油圧ポンプ(2)と前記ステアリングバルブ(4)との間に配置され、前記ステアリングバルブ(4)の前後差圧目標値を設定する設定手段(24c,25)を有し、前記ステアリングバルブ(4)の前後差圧を前記目標値に保持するよう制御することで、前記油圧ポンプ(2)から吐出される圧油を前記ステアリングシリンダ(103a,103b)に優先的に供給し、余剰流量作業機を駆動する作業用アクチュエータ(113,114)に供給するプライオリティバルブ(7)と、前記ステアリングシリンダ(103a,103b)の負荷圧力を検出する圧力検出手段(31)と、前記圧力検出手段(31)により検出した負荷圧力に基づいて前記プライオリティバルブ(7)の設定手段に設定される目標値を補正する制御手段(32,32A,33,29,24c)とを備えることを特徴とする作業車両のステアリングシステム。

請求項2

請求項1記載の作業車両のステアリングシステムにおいて、前記制御手段(32,32A,33,29,24c)は、前記負荷圧力が予め定めた値(Pr)より低いときは前記目標値(P1)が一定の値(P0)であり、前記負荷圧力が予め定めた値(Pr)を超えると前記目標値(P1)が前記一定の値(P0)より小さくなるよう前記目標値(P1)を補正することを特徴とする作業車両のステアリングシステム。

請求項3

請求項1記載の作業車両のステアリングシステムにおいて、前記制御手段(32,32A,33,29,24c)は、制御電流により作動し、この制御電流に応じた制御圧力を出力する電磁弁(33)と、前記プライオリティバルブ(7)の設定手段に設けられ、前記制御圧力に応じて前記設定手段に設定される目標値を変更する受圧部(24c)と、前記負荷圧力に基づいて前記プライオリティバルブの設定手段に設定される目標値を演算し、前記設定手段にこの目標値が設定されるよう前記電磁弁に前記制御電流を出力するコントローラ(32,32A)とを有することを特徴とする作業車両のステアリングシステム。

請求項4

請求項3記載の作業車両のステアリングシステムにおいて、前記コントローラ(32,32A,32a,32b,32c,32d,32e)は、前記プライオリティバルブ(7)の設定手段に設定される目標値の補正値(ΔPm)を演算し、この補正値(ΔPm)を予め設定した値(P0)に加算し、前記目標値(P1)を演算することを特徴とする作業車両のステアリングシステム。

請求項5

請求項3記載の作業車両のステアリングシステムにおいて、前記コントローラ(32,32A,32a,32Ab,32Ac,32d,32e)は、前記プライオリティバルブ(7)の設定手段に設定される目標値の補正係数(Km)を演算し、この補正係数(Km)を予め設定した値(P0)に掛け合わせ、前記目標値(P1)を演算することを特徴とする作業車両のステアリングシステム。

技術分野

0001

本発明は、ホイールローダ等の作業車両ステアリングシステムに関する。

背景技術

0002

ホイールローダ等の作業車両のステアリングシステムは、油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動されるステアリングシリンダと、油圧ポンプからステアリングシリンダに供給される圧油の方向と流量を制御するステアリングバルブとを備え、ステアリングホイールハンドル)の回転方向と回転量に応じてステアリングバルブを切り換え、ステアリングシリンダを駆動制御している。この場合、ステアリングホイール(ハンドル)の回転方向と回転量に応じたステアリングバルブの切り換えは、オービットロール商品名)と呼ばれる油圧ステアリングユニットを用いて行っている。ここで、その油圧ステアリングユニットは、ステアリングホイールの回転操作連動して動作する油圧バルブ油圧モータを有し、その回転量と回転方向に応じた流量の油圧を発生する構成となっている。

0003

このような作業車両のステアリングシステムにおいては、通常、油圧ステアリングユニットをメイン回路に配置し、ステアリングホイールによりステアリングバルブを操作し、ステアリングシリンダを駆動制御している。この場合、油圧ステアリングユニットの油圧バルブがステアリングバルブとして配置され、油圧バルブユニットで発生した油圧が直接ステアリングシリンダに導かれる。

0004

このような通常の作業車両のステアリングシステムに対し、油圧ステアリングユニットをステアリングバルブの操作系として用い、ステアリングホイールの回転操作を軽く(小さな力で)行えるようにしたものが知られている(例えば特許文献1)。

0005

一方、ステアリングバルブの操作系を、コントローラ電磁弁を含む電気油圧的ステアリングユニットにより構成し、ステアリングバルブの切り換えを電気・油圧的に行うものも知られている(例えば特許文献2)。このものでは、ステアリングホイールの回転操作角操舵角)をポテンショメータで検出し、この検出値をコントローラに入力する。コントローラは、その検出値に応じた指令信号電気信号)を電磁弁に出力し、電磁弁はその指令信号に応じた制御圧力を出力する。この制御圧力はステアリングバルブの油圧切換部(受圧部)に導かれ、ステアリングバルブを切り換える。

0006

実開平1−154974号公報
特開平10−45014号公報

発明が解決しようとする課題

0007

作業車両の一例として、例えばホイールローダにおいては、車体前部と車体後部の間に一対のステアリングシリンダを設け、このステアリングシリンダを伸縮させることによって車体後部に対して車体前部を左右方向に屈曲させ、走行時の操舵を行う構成となっている。車体前部には車体フレームで構成され、かつその前部にフロント作業機が設けられている。

0008

例えばホイールローダ等の作業車両において、ステアリングホイールを回転操作してステアリングを切るとき、ステアリングシリンダに車体前部の重量が大きな負荷として作用する。このため上記特許文献1及び2に記載されるようなステアリングシステムにおいては、ステアリングの切り始めにステアリングシリンダの負荷圧力が急峻に立ち上がり、急にステアリングが切られてショックが発生する。このショックはステアリング切り始めの操作性を悪化させる。

0009

また、ホイールローダなどの作業車両により行う作業には、走行しながらフロント作業機を操作する作業がある。このような作業を行うときにも、ステアリングの切り始めに負荷圧力が立ち上がり、ショックが発生すると、作業性が低下し、全体の操作フィーリングが悪化する。

0010

本発明の目的は、ステアリング切り始めのショックを抑えることができる作業車両のステアリングシステムを提供することである。

課題を解決するための手段

0011

(1)上記目的を達成するために、本発明は、油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動されるステアリングシリンダと、前記油圧ポンプから前記ステアリングシリンダに供給される圧油の方向と流量を制御するステアリングバルブと、オペレータにより回転操作されるステアリングホイールとを備え、前記ステアリングホイールの回転方向と回転量に応じて前記ステアリングバルブを切り換え、前記ステアリングシリンダを駆動制御する作業車両のステアリングシステムにおいて、前記油圧ポンプと前記ステアリングバルブとの間に配置され、前記ステアリングバルブの前後差圧目標値を設定する設定手段を有し、前記ステアリングバルブの前後差圧を前記目標値に保持するよう制御することで、前記油圧ポンプから吐出される圧油を前記ステアリングシリンダに優先的に供給し、余剰流量作業機を駆動する作業用アクチュエータに供給するプライオリティバルブと、前記ステアリングシリンダの負荷圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段により検出した負荷圧力に基づいて前記プライオリティバルブの設定手段に設定される目標値を補正する制御手段とを備えるものとする。

0012

このように構成した本発明においては、ステアリングの切り始めに、ステアリングシリンダの負荷圧力が急峻に立ち上がろうとするとき、その負荷圧力を圧力検出手段により検出し、制御手段がプライオリティバルブの設定手段に設定される目標値を補正するため、負荷圧力の立ち上がりに応じてその目標値が小さくなるよう補正し、ステアリングバルブの前後差圧を同様に補正することが可能となり、これによりステアリングバルブの通過流量を減らし、ステアリングシリンダの負荷圧力の上昇を抑え、テアリング切り始めのショックを抑えることができる。

0013

(2)上記(1)において、好ましくは、前記制御手段は、前記負荷圧力が予め定めた値より低いときは前記目標値が一定の値であり、前記負荷圧力が予め定めた値を超えると前記目標値が前記一定の値より小さくなるよう前記目標値を補正する。

0014

これにより制御手段は、ステアリングの切り始めに、ステアリングシリンダの負荷圧力が急峻に立ち上がろうとするとき、その負荷圧力の立ち上がりに応じてその目標値が小さくなるよう補正することができる。

0015

(3)また、上記(1)において、好ましくは、前記制御手段は、制御電流により作動し、この制御電流に応じた制御圧力を出力する電磁弁と、前記プライオリティバルブの設定手段に設けられ、前記制御圧力に応じて前記設定手段に設定される目標値を変更する受圧部と、前記負荷圧力に基づいて前記プライオリティバルブの設定手段に設定される目標値を演算し、前記設定手段にこの目標値が設定されるよう前記電磁弁に前記制御電流を出力するコントローラとを有する。

0016

これにより制御手段は、圧力検出手段により検出した負荷圧力に基づいてプライオリティバルブの設定手段に設定される目標値を補正することができる。

0017

(4)また、上記(3)において、好ましくは、前記コントローラは、前記プライオリティバルブの設定手段に設定される目標値の補正値を演算し、この補正値を予め設定した値に加算し、前記目標値を演算する。

0018

これにより制御手段は、ステアリングの切り始めに、ステアリングシリンダの負荷圧力が急峻に立ち上がろうとするとき、その負荷圧力の立ち上がりに応じてその目標値が小さくなるよう補正することができる。

0019

(5)更に、上記(3)において、好ましくは、前記コントローラは、前記プライオリティバルブの設定手段に設定される目標値の補正係数を演算し、この補正係数を予め設定した値に掛け合わせ、前記目標値を演算する。

0020

これによっても制御手段は、ステアリングの切り始めに、ステアリングシリンダの負荷圧力が急峻に立ち上がろうとするとき、その負荷圧力の立ち上がりに応じてその目標値が小さくなるよう補正することができる。

発明の効果

0021

本発明によれば、ステアリング切り始めのショックを抑え、ステアリング切り始めの操作性を良好にすることができる。

0022

また、本発明によれば、走行しながらフロント作業機を操作する作業での作業性を向上し、かつ全体の操作フィーリングも良くすることができる。

図面の簡単な説明

0023

図1は本発明が適用される作業車両の一例としてホイールローダの外観を示す図である。
図2は本発明の第1の実施の形態に係わる作業車両のステアリングシステムを示す図である。
図3はコントローラの処理内容を示す機能ブロック図である。
図4は加算部の演算結果である負荷圧力と制御目標値との関係を示す図である。
図5は従来のステアリングシステムにおけるステアリング切り始めの負荷圧力の変化を示すタイムチャートである。
図6は本実施の形態のステアリングシステムにおけるステアリング切り始めの負荷圧力の変化を示すタイムチャートである。
図7は本発明の第2の実施の形態に係わる作業車両のステアリングシステムにおけるコントローラの処理内容を示す機能ブロック図である。
図8は本発明の第3の実施の形態に係わる作業車両のステアリングシステムを示す図である。

符号の説明

0024

エンジン
2油圧ポンプ
2a可変容量制御装置
4ステアリングバルブ
5ステアリングユニット
6a,6bパイロット油路
7プライオリティバルブ
7a入口ポート
7b 第1出口ポート
7c 第2出口ポート
11メータリングバルブ
12ジロータ
17a,17b油路
18a,18b絞り
24a,24b,24c 受圧部
25バネ
26a,26bアクチュエータ油路
27,28,29 パイロット油路
31圧力センサ
32コントローラ
32a プライオリティバルブ目標値設定
32b補正値演算
32c加算部(プライオリティバルブ制御目標値演算部)
32d電磁弁出力圧力演算部
32e電磁弁制御電流演算部
33 電磁弁
100ホイールローダ
101 車体全部
102 車体後部
103a,103bステアリングシリンダ
104フロント作業機
106運転室
107後輪
108運転席
109ステアリングホイール
110操作レバー装置
111バケット
112リフトアーム
113バケットシリンダ
114アームシリンダ
121 作業用油圧回路

発明を実施するための最良の形態

0025

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

0026

図1は、本発明が適用される作業車両の一例としてホイールローダの外観を示す図である。

0027

図1において、100はホイールローダであり、ホイールローダ100は、車体前部101と車体後部102とを有し、車体前部101と車体後部102は、一対のステアリングシリンダ103a,103b(図2参照)により車体後部102に対して車体前部101の向きが変わるように相対回動白在に連結されている。車体前部101にはフロント作業機104と前輪105が設けられ、車体後部102には運転室106と後輪107が設けられている。運転室106には、運転席108、ステアリングホイール109、操作レバー装置110や、アクセルペダルインチングペダル(図示せず)等の操作手段が設けられている。フロント作業機104はバケット111とリフトアーム112からなり、バケット111はバケットシリンダ114の伸縮によりチルトダンプ動作し、リフトアーム112はアームシリンダ113の伸縮により上下に動作する。

0028

図2は、本発明の第1の実施の形態に係わる作業車両のステアリングシステムを示す図である。

0029

図2において、本実施の形態に係わるステアリングシステムは、原動機ディーゼルエンジン)1と、この原動機により駆動される可変容量制御装置(レギュレータ)2aを備えた油圧ポンプ2と、この油圧ポンプ2から吐出される圧油により駆動される上記一対のステアリングシリンダ103a,103bと、油圧ポンプ2からステアリングシリンダ103a,103bに供給される圧油の方向と流量を制御するステアリングバルブ4と、ステアリングホイール109が連結され、ステアリングホイール109の回転操作により動作し、パイロット油圧源であるパイロットポンプ13の圧油に基づいてステアリングホイール109の回転量と回転方向に応じた制御圧力を発生する油圧ステアリングユニット5と、油圧ステアリングユニット5で発生した制御圧力をステアリングバルブ4の受圧部4a,4bに導くパイロット油路6a,6bと、油圧ポンプ2とステアリングバルブ4との間に配置され、ステアリングバルブ4のメータイン油路の前後差圧を目標値(後述)に保持するよう制御することで、油圧ポンプ2から吐出される圧油をステアリングシリンダ103a,103bに優先的に供給し、油圧ポンプ2から吐出される圧油の余剰流量を作業用油圧回路121に供給するプライオリティバルブ7とを備えている。

0030

作業用油圧回路121は、例えば上記フロント作業機104のバケットシリンダ114及びアームシリンダ113に圧油を供給し、バケット111及びリフトアーム112を動作させるものであり、公知のコントロールバルブ装置を備えている。

0031

油圧ステアリングユニット5は、メータリングバルブ11とジロータ12とを有し、オペレータがステアリングホイール109を回転操作すると、メータリングバルブ11はその回転方向に応じて回動し、図示の中立位置から左右いずれかの動作位置A又はBに切り換わる。

0032

メータリングバルブ11がA位置に切り換わると、パイロットポンプ13からの圧油が油路14、メータリングバルブ11のA位置の内部通路、油路15を経由してジロータ12に供給され、ジロータ12はその圧油の供給により回転動作する。ジロータ12を経由した圧油は油路16、メータリングバルブ11のA位置の内部通路、油路17aを経由して、この油路17aに設けられた絞り18aを介してタンクに戻される。このとき油路17aには絞り18aにより圧油の流量に応じた圧力が発生し、この圧力が制御圧力としてパイロット油路6aに取り出され、ステアリングバルブ4の受圧部4aに導かれる。ステアリングバルブ4は、受圧部4aに制御圧力が導かれると、図示の中立位置から図示左側のC位置に切り換えられる。

0033

一方、ジロータ12の回転動作はメータリングバルブ11にフィードバックされ、ジロータ12がステアリングホイール109の回転操作量(メータリングバルブ11の変位量)に応じた圧油の流量を計量して所定量回転すると、メータリングバルブ11は中立位置に復帰し、油路14から油路15への圧油の供給を遮断する。これにより油路17aの圧油はタンク圧となり、パイロット油路6aを介してステアリングバルブ4の受圧部4aに導かれる制御圧力もタンク圧となる。これによりステアリングバルブ4は図示の中立位置に復帰する。

0034

メータリングバルブがB位置に切り換わった場合は、上記と逆の動作が行われる。すなわち、パイロットポンプ13からの圧油が油路14、メータリングバルブ11のB位置の内部通路、油路16を経由してジロータ12に供給され、ジロータ12はその圧油の供給により回転動作する。ジロータ12を経由した圧油は油路15、メータリングバルブ11のB位置の内部通路、油路17bを経由して、この油路17bに設けられた絞り18bを介してタンクに戻される。このとき油路17bには絞り18bにより圧油の流量に応じた圧力が発生し、この圧力が制御圧力としてパイロット油路6bに取り出され、ステアリングバルブ4の受圧部4bに導かれる。ステアリングバルブ4は、受圧部4bに制御圧力が導かれると、図示の中立位置から図示右側のD位置に切り換えられる。

0035

ジロータ12がステアリングホイール109の回転操作量(メータリングバルブ11の変位量)に応じた圧油の流量を計量して所定量回転すると、メータリングバルブ11は中立位置に復帰し、油路14から油路16への圧油の供給を遮断する。これにより油路17bの圧油はタンク圧となり、パイロット油路6aを介してステアリングバルブ4の受圧部4aに導かれる制御圧力もタンク圧となる。これによりステアリングバルブ4は図示の中立位置に復帰する。

0036

プライオリティバルブ7は入口ポート7aと第1及び第2の2つの出口ポート7b,7cを有し、入口ポート7aは油路21を介して油圧ポンプ2に接続され、第1出口ポート7bは油路22を介してステアリングバルブ4に接続され、第2出口ポート7cは油路23を介して作業用油圧回路121に接続されている。また、プライオリティバルブ7は図示右側の切り換え位置Eと、図示左側の切り換え位置Fとの間を移動可能なスプール弁であり、プライオリティバルブ7のスプールが図示右側の位置Eにあるときは、入口ポート7aと第1出口ポート7b間の連通路全開し、入口ポート7aと第2出口ポート7c間の連通路を全閉し、図示左側の位置Fにあるときは、入口ポート7aと第1出口ポート7b間の連通路を全閉し、入口ポート7aと第2出口ポート7c間の連通路を全開する。また、プライオリティバルブ7のスプールが図示右側の位置Eから図示左側の位置Fに移動するにしたがい(すなわち、図示右方向に移動するにしたがい)、入口ポート7aと第1出口ポート7b間の連通路の開口面積を徐々に絞り(小さくし)、入口ポート7aと第2出口ポート7c間の連通路の開口面積をを徐々に開け(大きくし)、プライオリティバルブ7のスプールが図示左側の位置Fから図示右側の位置Eに移動するにしたがい(すなわち、図示左方向に移動するにしたがい)、入口ポート7aと第2出口ポート7c間の連通路の開口面積を徐々に絞り(小さくし)、入口ポート7aと第1出口ポート7b間の連通路の開口面積をを徐々に開ける(大きくする)。

0037

また、プライオリティバルブ7は、プライオリティバルブ7のスプールを図示右側の位置Eに向けて付勢する受圧部24a及びバネ25と、プライオリティバルブ7のスプールを図示左側の位置Fに向けて付勢する2つの受圧部24b,24cとを有し、受圧部24aにはステアリングバルブ4の出側の圧力(ステアリングバルブ4とステアリングシリンダ103a,103bの間のアクチュエータ油路26a,26bの圧力、或いはステアリングシリンダ103a,103bの負荷圧力)がパイロット油路27を経由して導かれ、受圧部24bにはステアリングバルブ4の入側の圧力(プライオリティバルブ7とステアリングバルブ4の間の油路22の圧力)がパイロット油路28を経由して導かれ、受圧室24cには制御圧力(後述)がパイロット油路29を経由して導かれている。

0038

受圧部24a,24bは互いに反対方向にプライオリティバルブ7のスプールを付勢しているので、受圧部24aにステアリングバルブ4の出側の圧力が導かれ、受圧部24bにステアリングバルブ4の入側の圧力が導かれていることは、プライオリティバルブ7のスプールを図示右方向に付勢するようステアリングバルブ4のメータイン油路の前後差圧(以下、適宜単に「ステアリングバルブ4の前後差圧」という)が作用していることを意味する。

0039

バネ25と受圧部24cはステアリングバルブ4の前後差圧の目標値を設定する設定手段を構成し、プライオリティバルブ7の受圧部24a,24bに作用するステアリングバルブ4の前後差圧が、バネ25と受圧部24cにより設定される目標値よりも大きくなると、プライオリティバルブ7のスプールを図示右方向に移動させ、入口ポート7aと第1出口ポート7b間の連通路の開口面積を徐々に絞ってステアリングバルブ4への供給流量を減らし、ステアリングバルブ4の前後差圧を減少させる。このとき、油圧ポンプ2からの余剰流量は作業用油圧回路121に供給される。プライオリティバルブ7の受圧部24a,24bに作用するステアリングバルブ4の前後差圧が、バネ25と受圧部24cにより設定される目標値よりも小さくなると、逆に、プライオリティバルブ7のスプールを図示左方向に移動し、入口ポート7aと第1出口ポート7b間の連通路の開口面積を徐々に開けてステアリングバルブ4への供給流量を増やし、ステアリングバルブ4の前後差圧を増大させる。これによりプライオリティバルブ7は、ステアリングバルブ4のメータイン油路の前後差圧をバネ25と受圧部24cとからなる設定手段により設定される目標値に保持するよう制御する。

0040

ここで、バネ25は上記目標値の基本値一定値)を設定し、受圧部24cは制御圧力によりその基本値を調整することで目標値を可変値として設定する。受圧部24cに導かれる制御圧力は、バネ25と受圧部24cの付勢力の和が図示左方向に作用するよう、バネ25の付勢力の圧力換算値よりも小さな値に設定されている。

0041

そして、本実施の形態に係わるステアリングシステムは、更に、パイロット油路27に設置され、ステアリングシリンダ103a,103bの負荷圧力を検出する圧力センサ31と、コントローラ32と、電磁弁33とを備えている。圧力センサ31の検出信号はコントローラ32に入力され、コントローラ32はその入力値に応じて所定の演算処理を行い、電磁弁33に制御電流を出力する。電磁弁33はその制御電流により作動し、制御電流に応じた制御圧力を出力する。この制御圧力はパイロット油路29を介してプライオリティバルブ7の受圧部24cに導かれる。

0042

図3はコントローラ32の処理内容を示す機能ブロック図である。コントローラ32は、プライオリティバルブ目標値設定部32aと、補正値演算部32bと、加算部(プライオリティバルブ制御目標値演算部)32cと、電磁弁出力圧力演算部32dと、電磁弁制御電流演算部32eとを有している。

0043

プライオリティバルブ初期目標値設定部32aは、プライオリティバルブ7のバネ25と受圧部24cとからなる設定手段に設定されるべき、ステアリングバルブ4の前後差圧の初期目標値P0を設定するものである。ここで、例えば、その初期目標値P0として、20Kg/cm2が設定される。

0044

補正値演算部32bは、ステアリングシリンダ103a,103bの負荷圧力に応じたプライオリティバルブ目標値の補正値ΔPmを演算するものであり、圧力センサ31から検出信号を入力し、これをメモリに記憶してあるテーブルに参照させ、そのときの負荷圧力に対応する補正値ΔPmを演算する。メモリのテーブルには、負荷圧力が予め定めた圧力値Prよりも低いときは、補正値ΔPmは0であり、負荷圧力がその圧力値Prを超えると、負荷圧力が上昇するにしたがって補正値ΔPmが小さくなるよう(補正値が負の値となり、かつ負荷圧力が上昇するにしたがって補正値の絶対値が増加するよう)、負荷圧力と補正値ΔPmとの関係が設定されている。ここで、圧力値Prは、ステアリングシリンダ103a,103bの定常作動時の負荷圧力の平均値である(図5及び図6参照)。

0045

加算部32cはプライオリティバルブ制御目標値演算部であり、プライオリティバルブ初期目標値P0と補正値ΔPmとを加算し、プライオリティバルブ7の設定手段に設定されるべき制御目標値P1を演算する。

0046

図4は、加算部32cの演算結果である負荷圧力と制御目標値P1との関係を示す図である。負荷圧力が予め定めた圧力値Prよりも低いときは、制御目標値P1は初期目標値P0に等しく、負荷圧力がその圧力値Prを超えると、負荷圧力が上昇するにしたがって制御目標値P1は小さくなる。

0047

電磁弁出力圧力演算部32dは、加算部32cで演算した制御目標値P1を得るための電磁弁33の出力圧力(制御圧力)を算出するものであり、その設定圧力をメモリに記憶してあるテーブルに参照させ、その設定圧力に対応する電磁弁33の出力圧力を演算する。メモリのテーブルには、制御目標値が増大するにしたがって出力圧力が小さくなるよう、制御目標値と出力圧力との関係が設定されている。ここで、例えばバネ25の図示左方の付勢力の圧力換算値(基本値)を30Kg/cm2とすると、加算部32cで演算された制御目標値が20Kg/cm2である場合は、電磁弁出力圧力演算部32dでは10Kg/cm2の制御圧力が演算され、加算部32cで演算された制御目標値が15Kg/cm2である場合は、電磁弁出力圧力演算部32dでは15Kg/cm2の制御圧力が演算される。

0048

電磁弁制御電流演算部32eは、電磁弁出力圧力演算部32dで求めた電磁弁33の出力圧力を得るための電磁弁33の制御電流(駆動電流)を算出するものであり、電磁弁出力圧力演算部32で求めた電磁弁33の出力圧力をメモリに記憶してあるテーブルに参照させ、その出力圧力に対応する電磁弁33の制御電流を演算する。メモリのテーブルには、出力圧力が増大するにしたがって制御電流が増大するよう、出力圧力と制御電流との関係が設定されている。この制御電流は図示しないアンプにより増幅され、電磁弁33に出力される。

0049

以上において、圧力センサ31はステアリングシリンダ103a,103bの負荷圧力を検出する圧力検出手段であり、コントローラ32と、電磁弁33と、パイロット油路29と、プライオリティバルブ7の受圧部24cは、その圧力検出手段により検出した負荷圧力に基づいてプライオリティバルブ7の設定手段に設定される目標値を補正する制御手段を構成する。

0050

次に、以上のように構成した本実施の形態の動作を図5及び図6を用いて説明する。
ステアリング動作
オペレータがステアリングホイール109を回転操作し、例えばメータリングバルブ11をA位置に切り換えると、上記のように油路17aに絞り18aにより制御圧力が発生し、この制御圧力がステアリングバルブ4の受圧部4aに導かれ、ステアリングバルブ4は、図示の中立位置から図示左側のC位置に切り換えられる。また、このとき、ステアリングバルブ4のメータイン油路の前後差圧は、プライオリティバルブ7により、バネ25と受圧部24cとからなる設定手段により設定される目標値に保持されるよう制御される。これによりステアリングシリンダ103aのロッド側とステアリングシリンダ103bのボトム側にステアリングバルブ4により計量された流量の圧油が流入し、ホイールローダ100の車体後部102に対し車体前部101が例えば左方向に屈曲し、ホイールローダ100は左方向にステアリングが切られる。オペレータがステアリングホイール109を逆方向に回転操作し、メータリングバルブ11をB位置に切り換えた場合は、逆にステアリングバルブ4は図示右側のD位置に切り換えられ、ステアリングシリンダ103aのボトム側とステアリングシリンダ103bのロッド側に圧油が流入し、ホイールローダ100の車体後部102に対し車体前部101が右方向に屈曲し、ホイールローダ100は右方向にステアリングが切られる。
<従来技術の動作>
ところで、ステアリングホイール109を回転操作してステアリングを切るとき、ステアリングシリンダ103a,103bに車体前部101の重量が大きな負荷として作用する。このため従来のステアリングシステムでは、ステアリングの切り始めにステアリングシリンダ103a,103bの負荷圧力が急峻に立ち上がり、急にステアリングが切られてショックが発生する。図5は、そのときの負荷圧力の変化を示すタイムチャートである。このショックはステアリング切り始めの操作性を悪化させる。

0051

また、ホイールローダ109により行う作業には、走行しながらフロント作業機101を操作する作業がある。このような作業を行うときにも、ステアリングの切り始めに負荷圧力が立ち上がり、ショックが発生すると、作業性が低下し、かつ全体の操作フィーリングが悪かった。
<本実施の形態の動作>
本実施の形態では、オペレータがステアリングホイール109を回転操作してステアリングを切るとき、ステアリングシリンダ103a,103bの負荷圧力を圧力センサ31により検出し、この圧力センサ31の検出信号をコントローラ32の補正値演算部32bに入力し、この補正値演算部32bで負荷圧力に応じた補正値ΔPmを演算する。そして、加算部32cにおいて、プライオリティバルブ初期目標値P0と補正値ΔPmとを加算して制御目標値P1を演算し、プライオリティバルブ7のバネ25と受圧部24cにより設定される目標値が制御目標値P1となるよう電磁弁33に制御電流を出力し、電磁弁33が出力した制御圧力を受圧部24cに導く。

0052

ここで、加算部32cで演算された制御目標値P1は、図4に示したように、負荷圧力が予め定めた圧力値Prを超えると、負荷圧力が上昇するにしたがって小さくなる値である。このためステアリングの切り始めに、ステアリングシリンダ103a,103bの負荷圧力が急峻に立ち上がろうとするとき、それに応じて制御目標値P1は初期目標値P0よりも小さくなるよう補正され、プライオリティバルブ7のバネ25と受圧部24cにより設定される目標値も同様に小さくなる。これによりステアリングバルブ4の前後差圧が、同様に、初期目標値P0よりも小さい値に調整されるため、それに応じてステアリングバルブ4の通過流量が減り、ステアリングシリンダ103a,103bの負荷圧力の上昇が抑えられる。図6は、このような本実施の形態における負荷圧力の変化を示すタイムチャートである。

0053

これにより本実施の形態においては、ステアリング切り始めのショックを抑えることができ、ステアリング切り始めの操作性を向上することができる。

0054

また、走行しながらフロント作業機101を操作する作業を行うときにも、ステアリングの切り始めのショックが抑えられるので、作業性が向上し、かつ全体の操作フィーリングも良くすることができる。

0055

本発明の他の実施の形態を説明する。

0056

図7は、本発明の第2の実施の形態に係わるコントローラの処理内容を示す、図3と同様な機能ブロック図である。図中、図3に示した部分と同等のものには同じ符号を付している。

0057

本実施の形態において、コントローラは、プライオリティバルブ目標値設定部32aと、補正係数算部32Abと、乗算部(プライオリティバルブ制御目標値演算部)32Acと、電磁弁出力圧力演算部32dと、電磁弁制御電流演算部32eとを有している。

0058

補正係数演算部32Abは、ステアリングシリンダ103a,103bの負荷圧力に応じたプライオリティバルブ目標値の補正係数Kmを演算するものであり、圧力センサ31から検出信号を入力し、これをメモリに記憶してあるテーブルに参照させ、そのときの負荷圧力に対応する補正係数Kmを演算する。メモリのテーブルには、負荷圧力が予め定めた圧力値Prよりも低いときは、補正係数Kmは1であり、負荷圧力がその圧力値Prを超えると、負荷圧力が上昇するにしたがって補正係数Kmが小さくなるよう、負荷圧力と補正係数Kmとの関係が設定されている。

0059

乗算部32Acはプライオリティバルブ制御目標値演算部であり、プライオリティバルブ初期目標値P0と補正係数Kmとを掛け合わせ、プライオリティバルブ7の設定手段に設定されるべき制御目標値P1を演算する。

0060

本実施の形態の動作は第1の実施の形態と実質的に同じであり、本実施の形態によっても第1の実施の形態と同様の効果が得られる。

0061

図8は、本発明の第3の実施の形態に係わる作業車両のステアリングシステムを示す図である。図中、図1に示した部分と同等のものには同じ符号を付している。

0062

本実施の形態に係わるステアリングシステムは、油路17aに絞り18aにより発生した圧力(制御圧力)を検出する圧力センサ6aと、油路17bに絞り18bにより発生した圧力(制御圧力)を検出する圧力センサ6bと、電磁弁33a,33bとを更に備えている。圧力センサ6a,6bの検出信号はコントローラ32Aに入力され、コントローラ32Aはその入力値に応じて所定の演算処理を行い、電磁弁33a,33bに所定の制御電流を出力する。電磁弁33a,33bはその制御電流により作動し、制御電流に応じた駆動圧力を出力する。この駆動圧力はステアリングバルブ4の受圧部4a,4bに導かれる。また、コントローラ32Aは、圧力センサ31の検出信号を入力し、その入力値に応じて所定の演算処理を行い、電磁弁33に制御電流を出力する。その際の処理内容は、第1の実施の形態及び第2の実施の形態の図3及び図7に示すコントローラ32の処理内容と同じであり、詳細な説明は省略する。

0063

そして本実施の形態の動作は第1の実施の形態と実質的に同じであり、本実施の形態によっても第1の実施の形態と同様の効果が得られる。

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